相变材料与相变储能技术
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பைடு நூலகம்
也可用于新能源、工业余热利用、新型家用电热 电器的开发及航空航天等领域。 在新能源，如太阳能、风能和海洋能等间歇 性绿色能源利用方面，相变储能技术也具有非常 重要的作用。 我国的能源利用率很低，大约30％以上，与 发达国家的40％～50％相比，还有较大的距离。 我国的环境保护还存在许多问题，因此，研究、 掌握和利用一切可行的高新技术，包括相变储能 技术来提高我国的能源利用率及改善环境。是我 国从事材料与能源工作的科技人员、企事业管理 人员和工人的神圣职责，也是我们研究和应用相 变储能技术的意义。
出)的大量热能用于能量储存的材料。狭义来说， 是指那些在固—液相变时，储能密度高，性能稳 定，相变温度适合和性价比优良，能够被用于相 变储能技术的材料。 显然，相变储能(热和冷)技术是以相变储能 材料为基础的高新技术，因为它储能密度大且输 出的温度和能量相当稳定，所以具有显热储能难 于比拟的优点。目前，相变储能技术可作为工业 节能系统和高新技术产品开发的基础，用以满足 人们对系统和产品的特殊性能及成本的要求。它 可以利用电热蓄能(冷和热)来“电力削峰填谷”,
主要内容
1 2
概 述
研究和应用现状
3
4
相变储能技术的原理和特点
相变储能材料 结 语
5
第一节 概 述
热能储存是能源科学技术中的重要分支。在 能量转换和利用的过程中，常常存在供求之间在 时间上和空间上不匹配的矛盾，如电力负荷的峰 谷差，太阳能、风能和海洋能的间隙性，工业窑 炉的间断运行等。由于储能技术可解决能量供求 在时间和空间上不匹配的矛盾，因而是提高能源 利用率的有效手段。
第二节 相变材料和相变储能技术 的研究和应用现状
自20世纪70年代石油危机后，热能储存技术 在工业节能和新能源领域的应用日益受到重视。 由于相变储能元件及其构成的储能式换热器的体 积小，储能密度大和热惯性小，对它的研究和应 用已受到各工业发达国的普遍重视。国际上已召 开了多次有关储能技术研究及应用专题会议，在 新型储能材料及应用技术上亦取得显著的进展。 美、英、法、德、日等国家在储能技术研究及应 用上都制定了长期的发展规划 。
国外的发展状况：
从20世纪 70年代起 对传统的无机盐、无机水合盐、金属等 相变材料进行了连续和系统的研究和应用 美国Birchenall等提出采用合金作为相变 材料，提出了三种典型状态平衡图和二元 合金的熔化熵和熔化潜热的计算方法 。 美国的Telkes对Na2S04·10H2O等 水合盐相变材料做了大量研究工作， 并建起了世界第一座PCM被动太阳房。 Kedl和Stoval第一次研究 制成浸有18烷石蜡的相变墙板。
能量储存的方式包括机械能、电磁能、化学 能和热能储存等。热能储存又包括显热储存和潜 热(相变热)储存，显热储存是利用材料所固有的 热容进行的；潜热储存，或称相变储能，它是利 用被称为相变材料的物质在物态变化(固—液， 固—固或气—液)时，吸收或放出大量潜热而进行 的。由于热能储存在工业和民用中用途广泛，因 此，在储能技术领域占有极其重要的地位。 相变材料(phase change materials，PCM) 或称相变储能材料，它属于能源材料的范畴。广 义来说，是指能被利用其在物态变化时所吸收(放
20世纪 90年代初
20世纪 90年代 2008年 开始
对Al—Si合金进行研究和应用，华中 科技大学黄志光等用于聚光式太阳灶。 广州能源研究所和广东工业大学张仁元、 柯秀芳等多年的研究表明，金属具有储能 密度大、储热温度高、热稳定性好、导热 系数高、性价比良好等特点，在中高温 相变储能的应用中具有极大的优势。 有机相变材料进行研究，包括测试材料的 热物理性质、化学稳定性及对环保的影响 等 .石蜡现在常被制成各种定形相变材料、 微胶囊材料、复合相变材料等，用于太阳能 蓄能系统、空调系统的蓄能和建筑节能中 863计划研究将金属相变储能锅炉应用于 太阳能热发电
2000年
2006年
国内的发展状况：
从20世纪 70年代末 中国科技大学、华中师范大学、广州能源 研究所等单位就开始了对无机盐、无机 水合盐、金属等相变材料研究的工作。
1978年 开始
葛新石等对相变材料的理论和应用做了详细 的研究工作。阮德水等对典型的无机水合盐 Na2SO4·10H2O等的相图、储存、成核 作用过冷问题、热物性等进行了系统研究。 西藏太阳能研究示范中心和华中师范大学共 同利用西藏盐湖盛产的芒硝、硼砂等无机水 合盐类矿产，加入独创的悬浮剂等成功 研究太阳能高密度储热材料。
定形相变储能材料，在相变前后均能维持原 来的形状(固态)，可分为固—固定形相变储能材 料和固—液定形相变储能材料。定形相变材料独 有的性能使其具有广阔的应用前景，在建筑节能 领域用做隔热保温墙体材料。固—固相变材料主 要有高密度聚乙烯和层状钙钛及无机盐类等。 固—液定形相变储能材料实际上是一类复合相变 材料，主要是由两种成分组成：一是工作物质； 二是载体基质。工作物质利用它的固—液相变进 行储能，可以是各类固—液相变材料，如石蜡、 硬脂酸、水合盐、无机盐等。载体基质主要是用 来保持材料的不流动性和可加工性。
1980年
1989年
1991年
德国利用Na2SO4／SiO2制成高温蓄热砖， 并建立太阳能中央接收塔的储热系统。
1995年
Feldman等采用两种方法制备了相变储能 石膏板；日本利用不同含Si量的Al—Si合金 相变储能材料进行工业余热回收应用研究
Neeper对注入了脂肪酸和石蜡相变材料 的石膏墙板的热动态特性进行了测试 Hammou等设计了一个含相变材料的 混合热能储存系统
相变储能材料是基础，因此在相变储能技术 领域，首先是研究和开发相变潜热大，性能稳定 和性价比高的相变材料。其次是应用，主要涉及 储能元件，储能换热器和储能系统的相变传热， 相变材料与换热流体的对流耦合换热，材料的腐 蚀与防护，系统的设计等方面。除了对传统的无 机盐、无机水合盐、有机和金属相变材料进行研 究外，近年来，对新相变储能材料的研制，存在 从无机到有机、从单一成分到复合材料、从宏观 到纳米／微胶囊化的趋势，定形相变材料、相变 材料的微胶囊化、功能储能流体等及其在建筑、 太阳能等领域的应用成为研究的热点。
也可用于新能源、工业余热利用、新型家用电热 电器的开发及航空航天等领域。 在新能源，如太阳能、风能和海洋能等间歇 性绿色能源利用方面，相变储能技术也具有非常 重要的作用。 我国的能源利用率很低，大约30％以上，与 发达国家的40％～50％相比，还有较大的距离。 我国的环境保护还存在许多问题，因此，研究、 掌握和利用一切可行的高新技术，包括相变储能 技术来提高我国的能源利用率及改善环境。是我 国从事材料与能源工作的科技人员、企事业管理 人员和工人的神圣职责，也是我们研究和应用相 变储能技术的意义。
出)的大量热能用于能量储存的材料。狭义来说， 是指那些在固—液相变时，储能密度高，性能稳 定，相变温度适合和性价比优良，能够被用于相 变储能技术的材料。 显然，相变储能(热和冷)技术是以相变储能 材料为基础的高新技术，因为它储能密度大且输 出的温度和能量相当稳定，所以具有显热储能难 于比拟的优点。目前，相变储能技术可作为工业 节能系统和高新技术产品开发的基础，用以满足 人们对系统和产品的特殊性能及成本的要求。它 可以利用电热蓄能(冷和热)来“电力削峰填谷”,
主要内容
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概 述
研究和应用现状
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4
相变储能技术的原理和特点
相变储能材料 结 语
5
第一节 概 述
热能储存是能源科学技术中的重要分支。在 能量转换和利用的过程中，常常存在供求之间在 时间上和空间上不匹配的矛盾，如电力负荷的峰 谷差，太阳能、风能和海洋能的间隙性，工业窑 炉的间断运行等。由于储能技术可解决能量供求 在时间和空间上不匹配的矛盾，因而是提高能源 利用率的有效手段。
第二节 相变材料和相变储能技术 的研究和应用现状
自20世纪70年代石油危机后，热能储存技术 在工业节能和新能源领域的应用日益受到重视。 由于相变储能元件及其构成的储能式换热器的体 积小，储能密度大和热惯性小，对它的研究和应 用已受到各工业发达国的普遍重视。国际上已召 开了多次有关储能技术研究及应用专题会议，在 新型储能材料及应用技术上亦取得显著的进展。 美、英、法、德、日等国家在储能技术研究及应 用上都制定了长期的发展规划 。
国外的发展状况：
从20世纪 70年代起 对传统的无机盐、无机水合盐、金属等 相变材料进行了连续和系统的研究和应用 美国Birchenall等提出采用合金作为相变 材料，提出了三种典型状态平衡图和二元 合金的熔化熵和熔化潜热的计算方法 。 美国的Telkes对Na2S04·10H2O等 水合盐相变材料做了大量研究工作， 并建起了世界第一座PCM被动太阳房。 Kedl和Stoval第一次研究 制成浸有18烷石蜡的相变墙板。
能量储存的方式包括机械能、电磁能、化学 能和热能储存等。热能储存又包括显热储存和潜 热(相变热)储存，显热储存是利用材料所固有的 热容进行的；潜热储存，或称相变储能，它是利 用被称为相变材料的物质在物态变化(固—液， 固—固或气—液)时，吸收或放出大量潜热而进行 的。由于热能储存在工业和民用中用途广泛，因 此，在储能技术领域占有极其重要的地位。 相变材料(phase change materials，PCM) 或称相变储能材料，它属于能源材料的范畴。广 义来说，是指能被利用其在物态变化时所吸收(放
20世纪 90年代初
20世纪 90年代 2008年 开始
对Al—Si合金进行研究和应用，华中 科技大学黄志光等用于聚光式太阳灶。 广州能源研究所和广东工业大学张仁元、 柯秀芳等多年的研究表明，金属具有储能 密度大、储热温度高、热稳定性好、导热 系数高、性价比良好等特点，在中高温 相变储能的应用中具有极大的优势。 有机相变材料进行研究，包括测试材料的 热物理性质、化学稳定性及对环保的影响 等 .石蜡现在常被制成各种定形相变材料、 微胶囊材料、复合相变材料等，用于太阳能 蓄能系统、空调系统的蓄能和建筑节能中 863计划研究将金属相变储能锅炉应用于 太阳能热发电
2000年
2006年
国内的发展状况：
从20世纪 70年代末 中国科技大学、华中师范大学、广州能源 研究所等单位就开始了对无机盐、无机 水合盐、金属等相变材料研究的工作。
1978年 开始
葛新石等对相变材料的理论和应用做了详细 的研究工作。阮德水等对典型的无机水合盐 Na2SO4·10H2O等的相图、储存、成核 作用过冷问题、热物性等进行了系统研究。 西藏太阳能研究示范中心和华中师范大学共 同利用西藏盐湖盛产的芒硝、硼砂等无机水 合盐类矿产，加入独创的悬浮剂等成功 研究太阳能高密度储热材料。
定形相变储能材料，在相变前后均能维持原 来的形状(固态)，可分为固—固定形相变储能材 料和固—液定形相变储能材料。定形相变材料独 有的性能使其具有广阔的应用前景，在建筑节能 领域用做隔热保温墙体材料。固—固相变材料主 要有高密度聚乙烯和层状钙钛及无机盐类等。 固—液定形相变储能材料实际上是一类复合相变 材料，主要是由两种成分组成：一是工作物质； 二是载体基质。工作物质利用它的固—液相变进 行储能，可以是各类固—液相变材料，如石蜡、 硬脂酸、水合盐、无机盐等。载体基质主要是用 来保持材料的不流动性和可加工性。
1980年
1989年
1991年
德国利用Na2SO4／SiO2制成高温蓄热砖， 并建立太阳能中央接收塔的储热系统。
1995年
Feldman等采用两种方法制备了相变储能 石膏板；日本利用不同含Si量的Al—Si合金 相变储能材料进行工业余热回收应用研究
Neeper对注入了脂肪酸和石蜡相变材料 的石膏墙板的热动态特性进行了测试 Hammou等设计了一个含相变材料的 混合热能储存系统
相变储能材料是基础，因此在相变储能技术 领域，首先是研究和开发相变潜热大，性能稳定 和性价比高的相变材料。其次是应用，主要涉及 储能元件，储能换热器和储能系统的相变传热， 相变材料与换热流体的对流耦合换热，材料的腐 蚀与防护，系统的设计等方面。除了对传统的无 机盐、无机水合盐、有机和金属相变材料进行研 究外，近年来，对新相变储能材料的研制，存在 从无机到有机、从单一成分到复合材料、从宏观 到纳米／微胶囊化的趋势，定形相变材料、相变 材料的微胶囊化、功能储能流体等及其在建筑、 太阳能等领域的应用成为研究的热点。